DOĞALGAZ DÖNÜŞÜMLERĐNDE BACA

Transkript

1 DOĞALGAZ DÖNÜŞÜMLERĐNDE BACA Doç. Dr. Hikmet KARAKOÇ 1959 Eskişehir doğumludur yılında Anadolu Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü'nden mezun oldu ve ayın yıl bu bölüme Araştırma Görevlisi olarak girdi yılında Yıldız Üniversitesinden Yüksek Lisans Derecesi'ni, 1987 yılında Anadolu Üniversitesi'nden doktora Derecesi'ni aldı yılında Yardımcı Doçent, 1991 yılında Doçent oldu. Sanayide Enerji Ekonomisi, Doğalgaz, Yakıtlar, Çevre konusunda yayın ve araştırmalar yaptı. ÇĐTOSAN Çorum Çimento Sanayi, Eskişehir Çimento Fabrikası, Toprak Enerji Sanayi A.Ş. ve 1. Hava ikmal Bakım Merkezi Komutanlığı için enerji ekonomisi ağırlıklı proje ve etütler hazırladı. Dört dönemdir Türk Isı Bilimi ve Tekniği Derneği Yönetim Kurulu Üyesi olup, aynı derneğin Eskişehir Temsilciliğini yürütmektedir. Halen Anadolu Üniversitesi Sivil Havacılık Yüksekokulu'nda Öğretim Üyesi olarak çalışmaktadır. Mehmet KÖKSAL 1951 yılında Ordu'da doğdu yılında Ege Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Akademisi'nden Makina Mühendisi olarak mezun oldu ve 1975 yılları arasında özel sektörde çalıştı ve 1988 yılları arasında Orman Bakanlığı'na bağlı Orman Ürünleri Sanayii Genel Müdürlüğü'nde önce Mühendis olarak, sonra Müdür Yrd. ve Müdür olarak çalıştı yılında Alarko Şirketler Topluluğu Ankara Bölge Müdürlüğü'nde çalışmaya başladı. Halen Alarko Ankara Bölge Müdürlüğü Doğalgaz Departmanı'nda Merkezi Isıtma Sistemlerinin Doğalgaza Dönüştürülmesi konusunda görev yapmaktadır. 1. GĐRĐŞ Yakma sistemlerinin önemli bir bölümü de baca sistemidir. Baca dizaynının standardlara göre yapılması yanma verimini etkilediği gibi, kazan boruları ve bacadaki korozyon ve bunun oluşturduğu tahribat bakımından da çok önemlidir. Katı ya da sıvı yakıt yakmaktayken doğalgaza dönüştürülen sistemlerde dikkate alınması gereken önemli faktörlerden birisi de bacadır. Katı ya da sıvı yakıta göre hesaplanmış bacanın doğalgaza göre yeniden hesaplanması gerekmektedir. 2. DEĞĐŞĐK YAKITLAR ĐÇĐN HAVA ĐHTĐYACI, ATIK GAZ VE NEM MĐKTARI Doğalgaz metan ağırlıklı bir gazdır. Rusya doğalgazındaki garanti edilen minimum metan miktarı %85, Botaş bültenlerinde ise %98 olarak verilmektedir (1). Metanın yanması aşağıdaki formülle gerçekleşmektedir: Doğalgazda yanma stokiyometrik yanmaya çok yakındır. Hava fazlalık katsayısı 1.05 ile 1.15 arasında değişir. Bu değer sıvı yakıtlı kazanlarda 1.2 değerindedir. Hava fazlalık katsayısı 1.1 alınması durumunda Dk.1 aşağıdaki gibi olur: ifadesiyle tanımlanmaktadır. Baca gazı kütlesi ve yakıt kütlesi Dk. (1) yardımıyla yerine koyulursa r değeri 20.8 kg gaz/kg yakıt olarak bulunacaktır. Oluşan baca gazı miktarını amprik formüllerle de hesaplamak mümkündür. Rh özgül baca gazı miktarı (kg gaz/saat) olmak üzere;

2 bağıntısından hesaplanabilmektedir. Dk. (3) deki simgelerin anlamlan aşağıdaki gibidir: Q : Kazan ısıl yükü (kcal/saat) η : Kazan verimi H : Yakıtın ısıl verimi (kcal/kg) r : Yanma ürünleri kütlesinin yakıt kütlesine oranı (kg gaz/kg yakıt) Dk. (2)'nin çözümünden r=20.8 kg gaz/kg yakıt olarak bulunmaktadır. Hu alt ısıl değeri olarak da kcal/kg alınmaktadır. Dk. (3)'de ilgili değerlerin konulması ile RH, olarak bulunmaktadır. TS 2165'e göre linyit kok ve fuel oil için RH özgül baca gazı miktarı,

3 ifadesinden bulunmaktadır. Dk.(4) ve (5)'in incelenmesinden anlaşılabileceği gibi aynı ısıl kapasitede çalıştırılan doğalgaz kazanı diğer kazanlara göre yaklaşık %30 daha az baca gazı oluşturmaktadır. Doğalgaz kullanımı durumunda yanma için gerekli hava ve baca gazı miktarı daha az olmaktadır. Aynı kazanda sıvı yakıt ve doğalgaz kullanılması sonucu elde edilen değerler Tablo 1 de görülmektedir.

4 Dk. (1)'in incelenmesinden, 1 m3 doğalgaz ile 2 m3 oksijenin birleşeceği ve 1 m3 karbondioksit ve 2 m3 su buharı oluşacağı görülmektedir. Karşılaştırmalı olarak çeşitli yakıtların yakılması sonucu oluşan su buharı miktarları şöyle olmaktadır (3): 1 litre Fuel oil yanmasından 1 kg su buharı 1 kg odunun yanmasından 1 kg su buharı 1 m3 doğalgazın yanmasından 1.5 kg su buharı Bu değerler bize yoğuşmanın daha fazla olacağını belirtmektedir. Üzerinde duracağımız diğer bir faktör de baca gazındaki CO2 yüzdesine bağlı olarak yoğuşma sıcaklıklarıdır. Bu durum Şekil 1'deki diyagramda görülmektedir (3). Diyagramdan da görüldüğü gibi aynı CO2 yüzdesi için doğalgaz diğerlerine göre daha yüksek sıcaklıklarda yoğuşmaktadır. Bu bölümde verilen bilgileri şöylece özetlemek mümkündür. Doğalgaz kullanılması durumunda katı ve sıvı yakıtlara göre; - Daha az yakma havası gerektirmekte, - Daha az baca gazı oluşturmakta, - Daha fazla su buharı oluşmakta, - Daha yüksek sıcaklıklarda yoğuşma oluşmaktadır. 3. BACA KESĐT ALANI Baca kesitinin hesabı DIN 4705'de ayrıntılı olarak verilmiştir. Baca kesiti hesabında: - Yakıt cinsi - Kazan gücü - Baca gazı kazan çıkış sıcaklığı - Kazan konstrüksiyonu - Üfleme

5 - Direnç - Baca giriş basıncı gibi bilgilerin bilinmesi gerekir. Bu amaçla hazırlanmış paket programlar da vardır. Birçok kaynakta çeşitli tablo ve diyagramlardan yararlanarak ya da amprik olarak geliştirilmiş daha basit formüllerle kesit hesabını veren ifadeler bulunmaktadır. Baca kesiti hesabında kullanılmak üzere geliştirilmiş ondört ifade ile bunlarla ilgili bilgiler Tablo 2'de verilmiştir. Katı, sıvı yakıt yakan kazan bacaları ile doğalgaz yakan kazan baca kesiti arasındaki oran için aşağıdaki ifadelerden yararlanılabilir. bakınız: 8 Sıvı ve gaz yakıtlardaki baca gazı miktarını veren Dk. (4) ve Dk. (5), baca kesiti için Tablo 2'de verilen Dk.(20) da kullanılırsa linyit, kok ve fuel oil için ifadesi elde edilmektedir. Aynı baca yüksekliği ve kazan kapasitesi için, baca kesiti, oluşan baca gazı miktarı ile orantılı olarak değişmektedir. Buna göre katı ya da sıvı yakıt yakmaktayken doğalgaza dönüşen kazanların baca kesit alanı yaklaşık %30 daha küçük olması gerekmektedir. 4. BACALARDA YOĞUŞMANIN VE KOROZYONUN NEDENLERĐ Doğalgaza dönüşümde yoğuşmanın başlıca nedenleri şöyle sıralanabilir: - Doğalgazın yoğuşma sıcaklığı diğer yakıtlardan daha yüksektir (Şekil 1).

6 - Doğalgazın yanması sonucu diğer yakıtlara göre daha fazla su buharı oluşturmaktadır. - Daha az yakma havası gerektirdiğinden dolayı daha az baca gazı açığa çıkacaktır. Mevcut baca kesiti bu yüzden yaklaşık %30 büyük kalmaktadır. Bu da bacanın çabuk soğumasına ve yoğuşmaya neden olmaktadır. - Baca izolasyonunun yetersiz oluşu bacanın çabuk soğumasına neden olmakta bu da yoğuşmayı hızlandırmaktadır. - Kalorifer kazanının bina ısı ihtiyacından büyük seçilmesi durumunda, baca gazı debisi de kazan kapasitesine göre dizayn edilmiş baca kesiti için düşük kalmaktadır. - Herhangi bir nedenle azaltılan yakma havası miktarı baca gazı debisini düşürmekte bu da istenmeyen baca soğumasına neden olmaktadır. Bacadaki yoğuşma da korozyona neden olmaktadır. Yoğuşan su buharı sıvaların dökülmesine, bacanın yarılmasına hatta, devrilerek maddi hasarlara neden olabilir. 5. YOĞUŞMA VE KOROZYONU ÖNLEME YOLLARI Yoğuşmaya nedenleri iyi incelenirse buradan çözümlerine de geçmek mümkün olacaktır. Dönüşümlerde, kazan kapasitelerinin ısıtılan mahaller ile uyumlu olacak şekilde belirlemek önemli adımlardan birini oluşturmaktadır. Diğer önemli nokta baca kesitinin doğalgaz kullanımına uygun hale getirilmesi ve DIN normlarına göre ölçülendirilmesidir. Bacalarda yoğuşmanın önlenmesi bakımından önemli bir nokta da bacanın ısı iletim dirençlerinin yüksek olmasıdır. Bacalar ısı iletim dirençlerine göre üç grupta toplanmaktadır. Tablo 3'te bu gruplar görülmektedir. Isı iletim direncinin artırılması da bacanın iyi bir şekilde yalıtılmasıyla mümkündür. Önceleri tek cidarlı olarak yapılan bacalar (Şekil 2, 3), izolasyonun öneminin artmasıyla iki ve üç cidarlı izolasyonlu bacalar kullanılmaya başlanmıştır (Şekil 4, 5) (7, 8).

7 Doğalgazın kullanılması durumunda yanma sonunda diğer yakıtlara göre daha fazla su buharı çıkmaktadır; baca gazı sıcaklığı düşük olduğunda da nemin baca gazı ile tahliyesinde problemler ortaya çıkar. Özellikle 100 C'den daha düşük baca gazı sıcaklığında, bacanın iyi izolasyon olması durumunda bile yoğuşma olabilir. Doğalgazda baca gazı yoğuşma sıcaklığı yaklaşık 50 C'dir (7). Sıvı ya da katı yakıta göre dizayn edilmiş bacadaki iç cidar sıcaklığı söz konusu yakıtların yoğuşma sıcaklıklarına uygundur. Bu bacalarda doğalgaz yakılması durumunda yoğuşma meydana gelir. Geleneksel bacalar nemden etkilenmemektedirler. Bu durumda nemden etkilenmeyen bacalar kullanılmalıdır. Baca yapımında alınan önlemler, oluşan nemin zarar vermeksizin bacadan tahliyesini sağlamaktadır. Böylece baca girişi sıcaklığı C'ye kadar düşürülebilir ve emniyetle tahliye edilebilir. Doğalgaza geçiş durumunda "nemden etkilenmeyen baca" kullanılmalı; ehliyetli kurumlara yaptırılmalı ve onaylatılmalıdır. Nemden etkilenmeyen baca için iki tip önerilmektedir (Şekil 6, 7):

8 - Havalandırmalı bacalar - Su geçirmez iç cidarlı bacalar Havalandırmalı bacalarda dış cidardaki hava hücreleri ile bacada oluşan nem alınır. Hava hücrelerinden geçen hava iç boru ve izolasyon yüzeyindeki nemi absorbe ederek bacanın üst kısmından dışarı verir. Su geçirmez iç cidarlı bacada bacanın iç cidarı su geçilmeyecek biçimde yapılmıştır. Baca gazı çıkış sıcaklığının çiğ noktası altında tutulması da yoğuşmayı önleyecektir. Bir bacaya sadece bir kazan bağlanması ve baca içine dışarıdan hava girişinin önlenmesi de yoğuşma ve korozyonu önleyecektir. Doğalgaz dönüşümünde karşılaşılan önemli bir sorun, mevcut bacanın izolasyon eksikliği ya da yanlış kesit seçimi nedeniyle, korozyona uğramış olması ve tahribatın dönüşümü zorlaştıracak düzeyde olmasıdır. Dönüşüm

9 sırasında da yine izolasyon eksikliği ve yanlış kesit hesabı; daha sonra ortaya çıkabilecek sorunların nedenini oluşturmaktadır. 6. SONUÇ Sıvı ya da katı yakıt kullanmakta olan ısıtma sistemlerinde doğalgaz kullanılması durumunda kazan, brülör, havalandırma sistemi ve elektrik sistemindeki değişikliklerin yanı sıra baca da gözden geçirilmelidir. Mevcut baca önceki kullanılan yakıta göre dizayn edilmiştir. Bu haliyle kullanılması bacada yoğuşmaya neden olur, bacada hasarlara kazan borularında çürümeye neden olacaktır. - Yanma sonu oluşan gaz yaklaşık %30 daha az olmaktadır. - Daha fazla nem oluşmaktadır. - Daha yüksek sıcaklıklarda yoğuşma oluşmaktadır. Bu nedenlerle; - Baca kesiti yanma sonu oluşan gaz miktarına uygun olacak şekilde yeniden hesaplanarak küçültülmelidir. - Bacada izolasyon yapılmalı, nemden etkilenmeyecek önlemler alınmalıdır. KAYNAKÇA 1. SEYMAN Ö., Doğalgazda Bacalar, Doğal Gaz Ekim 1991, Sayı 16, BĐLGĐÇ M., Kazanların Doğalgaza Dönüşümü ve Dizaynlarda Göz önüne Alınması Gereken Hususlar, Doğal Gaz, Ağustos 1984, Sayı 4, DAĞSÖZ A.K., Bacalar ve Boyutlandırılması, TMMOB MMO Tesisat Mühendisliği, Nisan Mayıs 1994,5: BIÇAKÇI K., Konutlarda Doğalgaz Tesisat Uygulama Esasları, Doğal Gaz, Mart Nisan 1992, Sayı 19, SEYMAN Ö., Doğal Gazlı Kalorifer Dairelerinde Gerekli Şartlar, Doğal Gaz, Haziran Sayı 14, ALPHAN A., Binalarda Baca-2, Tesisat Mühendisliği, Ekim-Kasım 1994, MMO, Kazan ve Baca, TMMOB, MMO, Yayın no: 155,107 s. 8. MMO, Konut Tesisatı Đşletmecileri Đçin Doğalgaz El Kitabı, TMMOB, MMO, Yayın no:174,56s.